EA001062B1 - Способ преобразования энергии сжатого газа в полезную работу и газотурбинная (парогазовая) установка для его применения - Google Patents

Способ преобразования энергии сжатого газа в полезную работу и газотурбинная (парогазовая) установка для его применения Download PDF

Info

Publication number
EA001062B1
EA001062B1 EA199800440A EA199800440A EA001062B1 EA 001062 B1 EA001062 B1 EA 001062B1 EA 199800440 A EA199800440 A EA 199800440A EA 199800440 A EA199800440 A EA 199800440A EA 001062 B1 EA001062 B1 EA 001062B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
gas
turbine
gas turbine
steam
outlet
Prior art date
Application number
EA199800440A
Other languages
English (en)
Other versions
EA199800440A1 (ru
Inventor
Рустам Берович Ахмедов
Энвер Рустамович Ахмедов
Original Assignee
Энвер Рустамович Ахмедов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Энвер Рустамович Ахмедов filed Critical Энвер Рустамович Ахмедов
Priority to EA199800440A priority Critical patent/EA001062B1/ru
Priority to CA 2265312 priority patent/CA2265312A1/en
Publication of EA199800440A1 publication Critical patent/EA199800440A1/ru
Publication of EA001062B1 publication Critical patent/EA001062B1/ru

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

Изобретение относится к энергетике, более точно, касается способа преобразования энергии сжатого газа в полезную работу и газотурбинной (парогазовой) установки для применения этого способа. Изобретение с успехом может быть использовано в силовых энергетических установках с целью получения электрической, механической и тепловой энергии.
Известен способ преобразования энергии сжатого газа в полезную работу с использованием газотурбинной или парогазовой установки, состоящий в том, что в камеру сгорания установки подают топливо и сжатый газообразный окислитель, обеспечивают сжигание топлива в камере сгорания при одновременной подаче в нее вторичных газов для охлаждения продуктов сгорания, последние направляют на лопатки газовой турбины, механическую энергию вращения вала которой преобразуют в полезную работу.
Известна также газотурбинная установка (ГТУ), реализующая вышеописанный способ преобразования энергии сжатого газа в полезную работу, содержащая камеру сгорания, имеющую вход подачи топлива, вход подачи окислителя и выход продуктов сгорания, компрессор, подключенный по стороне высокого давления к входу подачи окислителя, газовую турбину, расположенную за камерой сгорания по ходу потока продуктов сгорания и находящуюся на одном валу с компрессором, и средство охлаждения отработавших газов турбины. (См., например, Паровые и газовые турбины, под ред. А.Г. Костюка и В.В. Фролова, М., Энергомашиздат, 1985).
При осуществлении известного способа в качестве окислителя, а также в качестве вторичного охлаждающего газа в камеру сгорания с помощью компрессора нагнетают воздух. Высокотемпературные продукты сгорания, включающие азот, кислород, диоксид углерода и водяные пары, с выхода камеры сгорания подаются под давлением непосредственно на лопатки газовой турбины.
Теоретическая температура горения газотурбинных топлив (природный или попутный газ, легкие фракции жидких топлив) достигает 2000°С. Между тем, даже самые дорогие жаропрочные металлы и сплавы допускают применение температур не более 900°С. На практике температура газов, поступающих на рабочие лопатки газовых турбин, находится в пределах 600-750°С.
С целью снижения температуры продуктов сгорания на выходе их из камеры сгорания применяют чрезвычайно высокий коэффициент избытка окислителя (воздуха), который с учетом вторичного охлаждающего воздуха достигает 48.
Следствием этого является резкое повышение на выходе из камеры сгорания содержания химически высокоактивного и агрессивного при высоких температурах избыточного кислорода (до ~12,8 м3/кг у.т.) и азота (до ~55 м3/кг у.т.), а также резкое снижение концентрации диоксида углерода из-за разбавления избыточным количеством окислителя.
Высокое содержание избыточных количеств кислорода и азота в высокотемпературной среде продуктов сгорания способствует интенсивному образованию вредных для окружающей среды оксидов азота (ΝΟΧ).
Существующая в мире тенденция к дальнейшему повышению температуры продуктов сгорания до 1300°С и выше за счет охлаждения проточной водой рабочих лопаток и дисков газовых турбин с целью повышения термического КПД приведет в этих условиях к дальнейшему росту выбросов ΝΟΧ с продуктами сгорания.
Резкое снижение в продуктах сгорания концентрации СО2 с 10-12% до 1,5-3,0% при неизменном их общем количестве полностью исключает возможность извлечения этого опасного для климата Земли парникового газа экономически доступными средствами.
В ГТУ, используемых для осуществления известного способа, продукты сгорания выполняют функцию рабочего тела и вступают в непосредственный контакт с высоконапряженными конструкционными материалами.
В отличие от паровых турбин, где рабочим телом является инертный пар с температурой не выше 560°С, в ГТУ температура агрессивных газов с чрезвычайно высоким содержанием кислорода достигает 800-900°С и имеет тенденцию к дальнейшему повышению.
В этих условиях с одной стороны резко снижаются эксплуатационный ресурс и надежность известных газотурбинных установок, а с другой стороны возрастают требования к применению дорогостоящих жаропрочных и коррозионно-стойких металлов и сплавов.
Поскольку используемые в качестве рабочего тела продукты сгорания состоят в основном из практически несжимаемого азота, коэффициент расширения газов в газовой турбине крайне низок и обычно находится в пределах всего лишь 1,5-5, в то время как в паровых турбинах этот показатель для пара достигает 1 0002500. Это приводит к снижению термодинамической эффективности ГТУ.
Реально используемый теплоперепад АТ продуктов сгорания в газовой турбине составляет разницу между средним значением температур газов на выходе из камеры сгорания около Т1 = 700°С и Т2 = 400°С - на выходе из последней ступени газовой турбины (ΔΤ = Т1 - Т2 = 300°С).
В то же время теплоперепад продуктов сгорания в парогенераторе (ПТУ) составляет разницу между средней температурой газов на выходе из топки парогенератора около Т1 = 1600°С и температурой газов на выходе из газо3 ходов после конвективных поверхностей нагрева Т2 = 160°С (ΔΤ = Τι - Т2 = 1440°С), т.е. в 4,8 раза больше. Низкий теплоперепад приводит к снижению термического КПД ГТУ.
Известные способы преобразования энергии сжатого газа в полезную работу с использованием современных ГТУ рассчитаны на сжигание только высококачественных топлив с высокой теплотой сгорания. Использование в них низкокалорийных сильно забалластированных газов весьма проблематично.
Так, например, в мире, и особенно в США, широко используется практика закачки СО2 в нефтяные пласты с целью повышения нефтеотдачи. При этом в попутных нефтяных газах увеличивается содержание СО2, и теплота сгорания такого газа постепенно снижается. При снижении теплоты сгорания ниже определенных значений попутные газы, все еще представляющие энергетическую ценность, не могут быть использованы в ГТУ.
При сжигании газотурбинных углеводородных топлив образуется значительное количество водяных паров (пирогенетическая влага).
При этом полезно не используется ни сама опресненная вода, ни теплота их конденсации, что снижает тепловую экономичность.
В процессе эксплуатации ГТУ ни один из таких ценных компонентов продуктов сгорания, как диоксид углерода (СО2), азот (Ν2) и пресная пирогенетическая влага (Н2О) не используются в народнохозяйственных целях.
В основу изобретения поставлена задача создать способ преобразования энергии сжатого газа в полезную работу, который позволял бы при обеспечении высокой термодинамической эффективности существенно снизить образование вредных для окружающей среды оксидов азота, повысить концентрацию в продуктах сгорания диоксида углерода с обеспечением экономически выгодной возможности его извлечения, а также создать турбинную (парогазовую) установку для осуществления такого способа, которая характеризовалась бы высокой надежностью и рентабельностью в эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в способе преобразования энергии сжатого газа в полезную работу с использованием газотурбинной (парогазовой) установки, состоящем в том, что в камеру сгорания подают топливо и сжатый газообразный окислитель, обеспечивают сжигание топлива в камере сгорания при одновременной подаче в нее вторичных газов для охлаждения продуктов сгорания, последние направляют на лопатки газовой турбины, механическую энергию вращения вала которой преобразуют в полезную работу, согласно изобретению, в камеру сгорания в качестве газообразного окислителя подают смесь кислорода с диоксидом углерода при концентрации кислорода в смеси, равной, по существу, 21%, сжигание топлива осуществляют при поддержании коэффициента избытка окислителя в зоне горения в пределах 1,05-1,15, причем кислород получают путем разделения воздуха на кислород и азот, а диоксид углерода отбирают из отработавших газов турбины после их охлаждения.
Целесообразно отработавшие газы турбины охлаждать до температуры ниже точки росы, при этом выделяющуюся в виде конденсата пресную воду отводить в накопитель.
Кроме того, целесообразно охлажденные отработавшие газы подавать в камеру сгорания в качестве вторичных газов.
Возможно избыточный диоксид углерода направлять в газгольдер для получения товарной продукции как в виде газа с чистотой до 99,5%, так и в сжиженном виде.
Поставленная задача решается также и тем, что газотурбинная (парогазовая) установка, содержащая камеру сгорания, имеющую вход подачи топлива, вход подачи окислителя и выход продуктов сгорания, компрессор, подключенный по стороне высокого давления к входу подачи окислителя, газовую турбину, расположенную за камерой сгорания по ходу потока продуктов сгорания и находящуюся на одном валу с компрессором, и средство охлаждения отработавших газов турбины, согласно изобретению, снабжена воздухоразделительным устройством, имеющим выходы по кислороду и по азоту, и смесительной камерой, подключенной одним входом к выходу по кислороду воздухоразделительного устройства, вторым входом - к выходу средства охлаждения, а выходом - к компрессору по стороне низкого давления.
Предпочтительно, чтобы средство охлаждения отработавших газов было выполнено в виде расположенных последовательно по ходу потока газов парогенератора или котлаутилизатора с получением пара энергетических параметров или горячей воды с температурой до 250°С и контактного экономайзера с охлаждением до температуры ниже точки росы, оснащенного линией отбора пресной воды с температурой 50-60°С и выходом охлажденных продуктов сгорания.
Возможно к выходу охлажденных продуктов сгорания экономайзера подключить последовательно по ходу потока газов сушильную камеру, дополнительный компрессор и газгольдер для сбора диоксида углерода.
Желательно в линии соединения средства охлаждения со смесительной камерой за экономайзером установить рециркуляционный дымосос.
Целесообразно выход экономайзера подключить ко второму дополнительному компрессору, расположенному на валу турбины, по стороне низкого давления, при этом по стороне высокого давления этот компрессор должен быть подключен к входу подачи вторичных газов камеры сгорания. Возможно также выход газгольдера подключить через вентиль и дрос5 сельный клапан к линии соединения экономайзера с дополнительным компрессором.
Кроме того, целесообразно выход газгольдера соединить через другой вентиль со входом дымососа.
Способ преобразования энергии сжатого газа в полезную работу с использованием газотурбинной (парогазовой) установки, согласно изобретению, позволяет получить следующие преимущества:
1. Резко сокращается в продуктах сгорания количество азота (Ν2) с 27,4-54,8 до 0,1-0,36 м3/кг у.т. (в 270-2000 раз), а также кислорода (О2) с 6,27-14,63 до 0,07 м3/кг у.т. (в 78-180 раз).
Это обеспечивает радикальное сокращение выбросов в атмосферу такого опасного соединения как оксиды азота (ΝΟΧ).
2. Рост концентрации диоксида углерода (СО2) в продуктах сгорания с 1,5-3% до 95,099,5%, а при сжижении и до 100% обеспечивает реальную возможность для извлечения этого опасного для климата Земли парникового газа для захоронения или полезного использования в экологически безопасных технологиях в качестве товарной продукции.
Известно, что СО2 является ценнейшим сырьем органической химии, а его стоимость весьма велика. Средняя стоимость СО2 в мире составляет 1900 $/т [Мои1теа1 Ρτοΐοοοί. Ικΐ Итай Верой Сошшйее, Мау 1995, р. 51].
3. В проточной части камеры сгорания в отличие от агрессивной высокотемпературной газовой среды с чрезвычайно высоким содержанием кислорода создается защитная среда с большим содержанием диоксида углерода (СО2) высокой концентрации и крайне низким содержанием примесей кислорода (Ο2).
Как известно, диоксид углерода издавна применяется в качестве эффективной защитной среды при плавке и термообработке металлов и сплавов.
Таким образом, получаемая газовая среда позволяет весьма существенно повысить надежность конструкционных деталей проточной части и увеличить эксплуатационный ресурс газотурбинной установки (ГТУ).
Кроме того, в этих условиях возможно либо существенное повышение температуры газов в камере сгорания за счет снижения коэффициента рециркуляции продуктов сгорания или обогащения дутья кислородом, либо создавать ГТУ с применением менее дорогих металлов и сплавов.
4. Глубокое охлаждение продуктов горения ниже точки росы позволяет эффективно использовать теплоту конденсации водяных паров, которая составляет примерно 600 ккал/кг.
5. Поскольку в отличие от азота (Ν2) коэффициент сжимаемости диоксида углерода (СО2) весьма высок, коэффициент расширения газов в проточной части газовой турбины возрастает, по крайней мере, на порядок.
Если в обычных газовых турбинах степень повышения давления газов находится в пределах 6-18, то в газовой турбине, согласно изобретению, она может достигать 50-60.
При этом существенно улучшаются и условия работы компрессора, на работу которого обычно расходуется около 70% энергии.
В результате весьма существенно повышается общая термодинамическая эффективность работы ГТУ.
В качестве рабочего тела диоксид углерода по сравнению с другими газами имеет весьма серьезные преимущества, в том числе:
- высокая плотность, которая в 1,58 раза выше, чем у азота. Это позволяет при одинаковом расходе газов через проточную часть ГТУ соответственно повысить ее мощность.
При одинаковой мощности конструкция ГТУ становится более компактной и менее металлоемкой;
- важным преимуществом является практически постоянная теплоемкость диоксида углерода при изменениях нагрузки ГТУ.
Так, например, в широком диапазоне изменения давлений от 1 0 до 40 кгс/см2 теплоемкость, измеряемая в кДж/(кг-К), изменяется не более, чем на 1 0%.
Указанные свойства существенно улучшают маневренные качества ГТУ.
- важной характеристикой любого рабочего тела является коэффициент сжатия, представляющий собой отношение затрат энергии на сжатие рабочего тела в компрессоре к общему количеству энергии, произведенной газотурбинной установкой.
Чем ниже значение этого коэффициента, тем выше КПД установки.
В современных ГТУ коэффициент сжатия находится в пределах 0,4-0,7. При использовании углекислотного цикла этот коэффициент составляет всего лишь 0,234 (в 1,7-3 раза ниже). При этом КПД углекислотного цикла может быть повышен до 45,9%, что намного выше, чем у обычных ГТУ (20-31%).
Были исследованы следующие варианты углекислотных ГТУ с подогревом СО2 в атомном реакторе.
Параметры Размерность I II III
Начальная температура °С 660 660 660
Конечная температура °С 373 373 373
Степень расширения - 4,1 9,2 9,2
КПД ГТУ % 34,9 40 40
Несмотря на крайне низкую начальную температуру, что обусловлено возможностями атомного реактора, результирующий КПД углекислотного цикла в газовой турбине достаточно высок и для исследованных вариантов находится в пределах 34,9-40% [Е.Ф. Ратников, С.Д. Тетельбаум Газы, как теплоносители и рабочие тела ядерных энергетических установок. М, Атомиздат, 1978].
6. В отличие от обычных ГТУ, в предлагаемом варианте можно сжигать и сильно забалластированные виды горючих газов, в которых содержание диоксида углерода достигает 90-95% а теплота сгорания составляет всего 400-600 ккал/м3.
Это достигается за счет снижения коэффициента рециркуляции продуктов горения и/или обогащения окислителя кислородом.
7. В процессе эксплуатации ГТУ можно получить такие ценные и полезные продукты, как диоксид углерода (СО2), азот (Ν2) и опресненная вода (Н2О), которые могут найти применение в качестве товарной продукции.
Удельное производство этих видов продукции достаточно велико и, например, при сжигании природного газа составляет для азота 34-68 т/т у.т., для диоксида углерода 1,65 т/т у.т. и для опресненной воды 1,3 т/т у.т.
Совокупные балансовые энергозатраты на производство всех этих видов продукции для природного газа составляют не более 0,17 т у.т. на одну тонну продукции. Для сравнения можно указать, что для производства только диоксида углерода (СО2) одним из наиболее эффективных промышленных способов на основе применения известного способа на основе моноэтаноламина (способ МЭА) удельные энергозатраты достигают 1,2 т у.т./т СО2, т.е. в 7 раз больше.
Поскольку азот и вода экологически безопасны, то, прежде всего, необходима утилизация извлеченного диоксида углерода. Разумеется, при этом, что экономическая эффективность будет существенно выше, если рационально использовать не только СО2, но также азот и воду. Тем более, что все эти виды продукции находят весьма широкое применение в народном хозяйстве.
Поскольку стационарные ГТУ находят широкое применение в нефтяной и газовой промышленности, можно отметить наиболее перспективные направления использования этих видов продукции.
Так, например, в нефтегазовой промышленности диоксид углерода и карбонизированная вода находят широкое применение (особенно в США) для закачки в пласты с целью весьма существенного повышения нефтеотдачи [Применение углекислого газа в добыче нефти. М., Недра, 1977].
Азот достаточно широко применяется для поддержания высокого пластового давления на нефтяных месторождениях и имеет серьезные преимущества перед их заводнением. Широко используется азот и для создания газовой подушки с целью вытеснения и интенсификации добычи газа на истощенных газовых месторождениях, а также для повышения эффективности эксплуатации подземных газовых хранилищ.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного варианта его осуществления и прилагаемым чертежом, на котором схематически изображена газотурбинная установка, согласно изобретению.
Представленная на чертеже газотурбинная установка включает в себя воздухоразделительное устройство 1, имеющее вход 2 для подачи воздуха и выходы 3, 4 по азоту и кислороду соответственно, смесительную камеру 5, подключенную первым входом к выходу 4 по кислороду, имеющую второй вход и выход, компрессор 6, подключенный по стороне низкого давления к выходу смесительной камеры 5 и по стороне высокого давления к входу 7 подачи окислителя в горелочное устройство 8 камеры 9 сгорания. Горелочное устройство 8 имеет, кроме того, вход 1 0 подачи топлива. Непосредственно за камерой 9 сгорания, на пути потока продуктов сгорания расположена газовая турбина 11, на валу 1 2 которой установлена силовая установка 1 3, например, электрогенератор, а также компрессор 6. За турбиной 11 по ходу потока отработавших газов, в данном случае газообразных продуктов сгорания, предусмотрено средство охлаждения продуктов сгорания, включающее в себя установленные последовательно по ходу потока газов парогенератор 1 4 и контактный экономайзер 1 5 с охлаждением до температуры ниже точки росы, оснащенный линией 1 6 отбора пресной воды, входом 1 7 подачи воды для орошения и выходом 18 охлажденных продуктов сгорания.
К топочной части парогенератора 14 подключены линия 1 9 подачи окислителя, оснащенная дутьевым вентилятором 20, и линия 21 подачи топлива, в качестве которого может быть использовано органическое топливо любого вида.
Вместо парогенератора 1 4 может быть установлен котел-утилизатор (на чертеже не показан). В этом случае необходимость в линиях 1 9 и 21 отпадает.
Выход 1 8 экономайзера 1 5 соединен линией 22, в которую включен рециркулярный дымосос 23, со вторым входом смесительной камеры 5 и линией 24 с дополнительным компрессором 25 по стороне низкого давления, расположенным на валу 1 2 турбины 11, при этом по стороне высокого давления компрессор 25 подключен к входу 26 подачи вторичных газов камеры 9 сгорания.
Кроме того, к выходу 1 8 экономайзера 1 5 подключены последовательно сушильная камера 27 с абсорбционным поглотителем любого известного типа, например, на основе цеолитов, дополнительный компрессор 28 и газгольдер 29 для сбора диоксида углерода. Газгольдер 29 оснащен линией 30 отбора жидкого диоксида углерода для внешних потребителей, свечой 31 для сброса в атмосферу неконденсируемых газов. Выходом 32 газгольдер подключен линией
33, снабженной вентилем 34 и дроссельным клапаном 35, к линии 24 соединения экономайзера 15 с дополнительным компрессором 25 и выходом 36 подключен линией 37, оснащенной вентилем 38, к линии 22 на участке от выхода 18 экономайзера 15 до входа дымососа.
Газотурбинная установка, согласно изобретению, работает следующим образом.
Воздух из окружающей среды поступает на вход 2 воздухоразделительного устройства 1, в котором разделяется на азот и технологический кислород.
Кислород с выхода 4 поступает в смесительную камеру 5, где перемешивается с поступающими от рециркуляционного дымососа 23 по линии 22 охлажденными продуктами сгорания, состоящими в основном из диоксида углерода (СО2).
Искусственный окислитель, состоящий из смеси кислорода (О2) и диоксида углерода (СО2) поступает в компрессор 6, приводимый во вращение от вала 1 2 турбины 11.
Сжатый в компрессоре 6 окислитель последовательно подается на вход 7 горелочного устройства 8, на вход 10 которого подается топливо.
Продукты сгорания топлива образуются в камере сгорания, где они с целью охлаждения ниже предельно допустимых температур по условиям прочности материалов дополнительно перемешиваются с охлажденным диоксидом углерода (СО2), который подается на вход 26 из дополнительного компрессора 25, расположенного на валу 12, в камеру 9 сгорания.
Продукты сгорания, состоящие в основном из диоксида углерода (СО2) и водяных паров (Н2О), поступают в проточную часть газовой турбины 11, которая приводит во вращение электрогенератор или иную силовую установку 13.
Рабочее тело (продукты сгорания) после расширения на лопатках турбины 11 поступают в парогенератор 1 4, в топку которого подается окислитель с помощью дутьевого вентилятора 20 по линии 19, а топливо подается по линии 21.
Независимо от того, установлен парогенератор или котел-утилизатор, температура продуктов сгорания после парогенератора или котла-утилизатора снижается до 150-170°С.
Далее эти газы последовательно подаются в контактный экономайзер 15, где орошаются водой по линии 1 7 и дополнительно охлаждаются ниже точки росы с конденсацией водяных паров и отбором пресной воды по линии 1 6. При этом температура продуктов сгорания будет дополнительно снижена с 150-170°С до 50-60°С.
Охлажденные продукты сгорания после контактного экономайзера 1 5 отличаются не только высоким содержанием диоксида углерода до 95-99,5%, но и крайне низким содержанием водяных паров. Эти газы по линии 24 поступают в дополнительный компрессор 25.
Для более глубокой осушки этих газов последовательно за контактным экономайзером 1 7 может быть установлен дополнительный сепаратор (на чертеже не показан) и/или сушильная камера. В данном случае использована сушильная камера 27 с адсорбционным поглотителем любого известного типа, например, на основе цеолитов.
Затем осушенные продукты сгорания нагнетаются с помощью дополнительного компрессора 28 в герметичную емкость-газгольдер 29 для сбора диоксида углерода (СО2). На чертеже показана емкость, рассчитанная на критическое давление (около 6 МПа), при котором СО2 переходит в жидкое состояние.
Отбор жидкого 100%-ного диоксида углерода для внешних потребителей осуществляется с выхода 30.
Возможные небольшие примеси неконденсируемых газов, в основном азота, могут периодически из верхней газовой подушки сбрасываться в атмосферу через свечу 31. В случае обнаружения предельно допустимых концентраций примесей вредных газов они через свечу 3 1 могут направляться на предварительное термическое или химическое обезвреживание любым из известных способов.
В тех довольно распространенных случаях, когда потребителя вполне удовлетворяет СО2 высокой концентрации в газообразном виде, газы могут подаваться на вход газгольдера 29 с помощью компрессора 28 при давлениях ниже 6 МПа.
Часть газов, необходимая для создания окислительной смеси, отбирается по линии 22 и с помощью рециркуляционного дымососа 23 направляется в смесительную камеру 5, где осуществляется перемешивание СО2 и О2.
Основное количество СО2, образуемое в процессе сжигания топлива, накапливается в газгольдере 29 и используется для снабжения внешних потребителей.
При кратковременных нестационарных процессах, связанных с пуском и набором нагрузки ГТУ часть накопленного СО2 может использоваться для подачи в систему рециркуляции из газгольдера 29 по линиям 33 и 37 (линии показаны пунктиром).
При необходимости дополнительного охлаждения газов, поступающих в дополнительный компрессор 25 по линии 24, можно подавать некоторое количество СО2 из газгольдера 29 по линии 33 в линию 24. Предварительно пропуская подаваемый диоксид углерода через дроссельный клапан 35, благодаря использованию эффекта Джоуля-Томпсона можно получить не только очень низкие, но и отрицательные температуры.

Claims (9)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ преобразования энергии сжатого газа в полезную работу с использованием газотурбинной (парогазовой) установки, состоящий в том, что в камеру сгорания установки подают топливо и сжатый газообразный окислитель, обеспечивают сжигание топлива в камере сгорания при одновременной подаче в нее вторичных газов для охлаждения продуктов сгорания, последние направляют на лопатки газовой турбины, механическую энергию вращения вала которой преобразуют в полезную работу, отличающийся тем, что в камеру сгорания в качестве газообразного окислителя подают смесь кислорода с диоксидом углерода при концентрации кислорода в смеси, равной, по существу, 21%, сжигание топлива осуществляют при поддержании коэффициента избытка окислителя в зоне горения в пределах 1,05-1,15%, причем кислород получают путем разделения воздуха на кислород и азот, а диоксид углерода отбирают из отработавших газов турбины после их охлаждения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработавшие газы турбины охлаждают до температуры ниже точки росы, при этом выделившуюся в виде конденсата пресную воду собирают в накопитель.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что охлажденные отработавшие газы подают в камеру сгорания в качестве вторичных газов.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что избыточный диоксид углерода направляют в газгольдер.
5. Газотурбинная (парогазовая) установка, содержащая камеру (9) сгорания, имеющую вход (10) подачи топлива, вход (7) подачи окислителя и выход продуктов сгорания, компрессор (6), подключенный по стороне высокого давления к входу (7) подачи окислителя, газовую турбину (11), расположенную за камерой (9) сгорания по ходу потока продуктов сгорания и находящуюся на одном валу (12) с компрессором (6), и средство охлаждения отработавших газов турбины, отличающаяся тем, что она снабжена воздухоразделительным устройством (1 ), имеющим выходы (4, 3) по кислороду и по азоту, и смесительной камерой (5), подключенной одним входом к выходу (4) по кислороду воздухоразделительного устройства, вторым входом - к выходу средства охлаждения, а выходом - к компрессору (6) по стороне низкого давления.
6. Газотурбинная (парогазовая) установка по п.5, отличающаяся тем, что средство охлаждения отработавших газов выполнено в виде расположенных последовательно по ходу потока газов парогенератора (14) или котлаутилизатора и контактного экономайзера (15) с охлаждением до температуры ниже точки росы, оснащенного линией (16) отбора пресной воды и выходом (18) охлажденных продуктов сгорания.
7. Газотурбинная (парогазовая) установка по п.6, отличающаяся тем, что к выходу (18) охлажденных продуктов сгорания экономайзера (1 5) подключены последовательно по ходу потока газов сушильная камера (27), дополнительный компрессор (28) и газгольдер (29) для сбора диоксида углерода.
8. Газотурбинная (парогазовая) установка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что в линии (22) соединения средства охлаждения со смесительной камерой (5) за экономайзером (15) установлен рециркуляционный дымосос (23).
9. Газотурбинная (парогазовая) установка по п.5, отличающаяся тем, что выход (18) экономайзера (1 5) подключен ко второму дополнительному компрессору (25), расположенному на валу (1 2) турбины (11 ), по стороне низкого давления, при этом по стороне высокого давления этот компрессор подключен ко входу (26) подачи вторичных газов камеры (9) сгорания.
I 0. Газотурбинная (парогазовая) установка по п.9, отличающаяся тем, что выход (32) газгольдера (29) подключен через вентиль (34) и дроссельный клапан (35) к линии (24) соединения экономайзера (15) с дополнительным компрессором (25).
II . Газотурбинная (парогазовая) установка по любому из пп.6-10, отличающаяся тем, что выход (36) газгольдера (29) соединен через вентиль (38) с входом дымососа (23).
EA199800440A 1998-06-08 1998-06-08 Способ преобразования энергии сжатого газа в полезную работу и газотурбинная (парогазовая) установка для его применения EA001062B1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA199800440A EA001062B1 (ru) 1998-06-08 1998-06-08 Способ преобразования энергии сжатого газа в полезную работу и газотурбинная (парогазовая) установка для его применения
CA 2265312 CA2265312A1 (en) 1998-06-08 1999-03-12 Method for converting the energy of compressed gas into useful work and gas turbine (combined cycle) power plant for implementing the method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA199800440A EA001062B1 (ru) 1998-06-08 1998-06-08 Способ преобразования энергии сжатого газа в полезную работу и газотурбинная (парогазовая) установка для его применения

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA199800440A1 EA199800440A1 (ru) 1999-12-29
EA001062B1 true EA001062B1 (ru) 2000-10-30

Family

ID=8161447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA199800440A EA001062B1 (ru) 1998-06-08 1998-06-08 Способ преобразования энергии сжатого газа в полезную работу и газотурбинная (парогазовая) установка для его применения

Country Status (2)

Country Link
CA (1) CA2265312A1 (ru)
EA (1) EA001062B1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013075548A1 (zh) * 2011-11-24 2013-05-30 中联重科股份有限公司 一种气流能量回收利用装置和扫路车
RU2743480C1 (ru) * 2020-10-06 2021-02-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Кислородно-топливная энергоустановка

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8752391B2 (en) 2010-11-08 2014-06-17 General Electric Company Integrated turbomachine oxygen plant
CN109826709A (zh) * 2019-03-06 2019-05-31 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 一种适用于低温环境的热力发电系统及方法
CN114991897B (zh) * 2022-06-09 2024-01-19 西安热工研究院有限公司 多级膨胀的液体二氧化碳混合物储能系统及压力调节方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013075548A1 (zh) * 2011-11-24 2013-05-30 中联重科股份有限公司 一种气流能量回收利用装置和扫路车
RU2743480C1 (ru) * 2020-10-06 2021-02-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Кислородно-топливная энергоустановка

Also Published As

Publication number Publication date
EA199800440A1 (ru) 1999-12-29
CA2265312A1 (en) 1999-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101016490B (zh) 一种处理包含氢及二氧化碳的气体混合物的方法
CA2700746C (en) Methods and systems for sulphur combustion
US6343462B1 (en) Gas turbine power augmentation by the addition of nitrogen and moisture to the fuel gas
CN101283220B (zh) 允许俘获产生的所有二氧化碳的氧化燃烧法
US7827776B2 (en) System and method for separation and control of entrained gas mixture
US3628332A (en) Nonpolluting constant output electric power plant
EA023988B1 (ru) Система и способ высокоэффективной выработки энергии с использованием рабочего тела на основе азота
JPH08501605A (ja) 可燃ガスからのエネルギの回収方法
US4542621A (en) Method of and plant for combustion of water-vapor generating fuels
US9273607B2 (en) Generating power using an ion transport membrane
EA018644B1 (ru) Интегрированная система удаления загрязнений и сжигания с подачей топлива и кислорода
CN112811983B (zh) 一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统和方法
CN102305109B (zh) 一种富氧-煤气化烟气再热联合循环动力系统
US8850825B2 (en) Generating power using an ion transport membrane
EA001062B1 (ru) Способ преобразования энергии сжатого газа в полезную работу и газотурбинная (парогазовая) установка для его применения
CN108587691A (zh) 一种市政污泥加压气化燃气轮机发电的系统及方法
CN208845240U (zh) 一种联合钙基化学链的部分富氧燃烧的燃煤发电系统
KR101513057B1 (ko) 석탄 건조 공정 및 이를 이용한 설비
US20100035193A1 (en) Method and system for fuel gas combustion, and burner for use therein
EP0216815A1 (en) Hybrid steam/gas turbine machine
RU2277638C1 (ru) Способ и устройство для получения электроэнергии путем использования конденсированных топлив
RU2826848C1 (ru) Способ выработки электрической энергии в газовой турбине на основе использования продуктов газификации твердого топлива
RU2588294C2 (ru) Генерирование энергии с использованием ионопроницаемой мембраны
WO2022031185A1 (ru) Энергетическая установка

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

MK4A Patent expired

Designated state(s): RU